Разработка технологии производства молотых слюд различного назначения сухим способом

Молотая слюда мусковит благодаря своим физико-химическим свойствам нашла широкое применение в различных отраслях промышленности как у нас в стране [Х—XlJ, так и за рубежом [12−22} и используется:

— при производстве электродов в качестве сварочного флюса и пластификатора;

— при производстве органосиликатных материалов, где она является наполнителем и способствует повышению теплостойкости, химической устойчивости и механической прочности покрытия;

— в промышленности строительных материалов в качестве наполнителя в сухой штукатурке, искусственном камне, специальных бетонах, изоляционных и огнезащитных картонах, кровельных материалах, расширяющихся цементах для заделки швов сухой штукатурки и стыков сборных конструкций;

— в резинотехнической промышленности как покровный опудривающий материал, устраняющий возможность слипания шланга при вулканизации, а также препятствующий миграции серы и способствующий удалению пузырьков воздуха;

— при буровых работах как уплотняющий материал в тампонажных растворах при бурении нефтяных скважин, предотвращающий, благодаря форме частиц, потери циркулирующей жидкости, которая может уходить в пористые слои породы;

— при производстве пластмасс как наполнитель, уменьшающий коэффициент расширения пластмасс и обеспечивающий химическую стойкость и механическую прочность;

— в обойной промышленности как добавка, улучшающая декоративные свойства продукции;

— при термообработке металлов (отжиг, закалка, облицовка форм) слюда служит заменителем графита в специальных консистентных смазках в качестве смазочного материала- - в лакокрасочной промышленности как наполнитель, улучшающий качество покрытий, снижающий расход связующего и одновременно повышающий водостойкость масляных и эмалевых покрытий.

В зависимости от способа измельчения выпускается две разновидности молотой слюды: сухого и мокрого помола. При каждом способе измельчения получают продукт, обладающий специфическим для данного способа грансоставом и формой зерен.

В США слюда мусковит мокрого помола используется в резинотехнической и обойной промышленностях, при термообработке и частично в лакокрасочной промышленности. Остальные потребители применяют слюду сухого помола [22]. По статистическим данным [ЗЗ) в 1962 г в США было выпущено 100 000 тонн молотой слюды мусковит, в том числе 91% составляла слюда сухого помола.

В Советском Союзе молотые слюды сухого помола используются в основном при производстве электродов и органосиликатных материалов, а также в небольших объемах для специального назначения. Производство слюды мокрого помола для лакокрасочной промышленности находится в стадии становления. Выпуск молотой слюды в СССР в 1982 г составил 19 000 тонн.

Постановлением ХХУ1 съезда КПСС предусмотрено «значительно повысить качество всех видов выпускаемой продукции, расширять и обновлять ассортимент изделий в соответствии с современными требованиями развития народного хозяйства., а также увеличивать удельный вес продукции высшей категории качества в общем объеме ее выпуска. Более» рационально использовать производственные мощности, шире внедрять высокопроизводительную технику." .

Настоящая работа направлена на решение поставленных съездом задач. Решения съезда нашли отражение в прогнозе развития неметаллорудной промышленности до 2005 года (слюдяная промышленность) [24] разработанном институтом''Гипронинеметаллоруд^ Прогнозом определены новые источники сырья для производства молотой слюды, и в соответствии с потребностью народного хозяйства страны намечено увеличение производства молотой слюды к 1995 г в 1,56 раза по сравнению с 1981 г.

Возрастающий спрос народного хозяйства страны на слюду сухого помола и повышение требований к ее качеству определили необходимость пересмотра технологии ее производства в направлении увеличения единичной мощности, снижения удельных энергозатрат, ужесточения требований к грансоставу измельченного продукта.

Анализ существующих технологических процессов производства молотой слюды показал, что основными недостатками последних являются:

— отсутствие сушки исходного сырья, приводящее к снижению производительности;

— отсутствие контрольной сепарации исходного сырья, приводящее к засорению готового продукта другими минералами;

— применение низкоэффективной классифицирующей аппаратуры (пневмо-сепараторы), приводящее к переизмельчению готового продукта и повышению удельных энергозатрат;

— использование мельниц малой единичной мощности, приводящее к повышенным затратам энергии.

Проведенные исследования позволили:

— разработать технологические схемы производства высококачественных молотых слюд различного назначения, для чего были разработаны конструкции роторно-быстроходных мельниц ударно-истирающего действия типа РБМ, пневмосепаратора зигзагообразного типа СПЗ-750 и струйной мельницы с плоской помольной камерой МВВ-500;

— экспериментально подтвердить целесообразность использования разработанного оборудования для производства молотых слюд;

— вывести условия моделирования мельниц типа РБМ, на основании которых создана мельница большего типо-размера (РБМ-750);

— разработать методику расчета мощности, потребляемой мельницей РБМ-430;

— предложить математическую модель движения материала в помольной камере роторно-быстроходных мельниц.

Опробование разработанных схем и оборудования было проведено на Белгородской слюдяной фабрике. Оно подтвердило эффективность данных разработок. Разработанная технология позволила освоить производство на Белгородской слюдяной фабрике молотой слюды для электродов с Государственным Знаком качества,.

Разработанные технологические схемы производства молотых слюд использованы также в проекте реконструкции цеха помола Балашовско-го слюдяного комбината, что позволит увеличить в 2, 3 раза объем производства молотых слюд на существующих площадях.

Кроме того, разработанная технологическая схема помола слюды была использована в проекте цеха по производству тонкомолотого вспученного вермикулита для дражирования семян сахарной свеклы на семенном заводе им. С. М. Кирова (Курская область).

Внедрение разработанных технологических схем даст экономический эффект в размере 1075,8 тыс. руб. в год, в том числе на Бала-шовском слюдяном комбинате 459 тыс. руб. в год, а на семенном заводе им. С. М. Кирова 616,8 тыс. руб в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

I. Выполнен анализ современного состояния производства молотых слюд на слюдяных фабриках Союзминстройматериалов, на основании которого установлено, что в технологических схемах отсутствуют операции сушки и дообогащения исходного сырья, а также, что для тонкого измельчения слюды применяется оборудование, мало приспособленное для этой цели. Поэтому существующий технологический процесс не может обеспечить увеличение объемов производства молотых слюд в 1,5 раза, требуемое народным хозяйством, а также повышение качества молотых слюд согласно перспективным требованиям.

Сформулированы требования к новому технологическому процессу и оборудованию для него, обеспечивающие снижение удельных энергозатрат, увеличение единичной мощности оборудования и ужесточения технических требований к качеству молотых слюд.

2. Для обеспечения нового технологического процесса производства высококачественных молотых слюд были проведены испытания оборудования, по результатам которых выбраны аппараты и машины, наиболее полно отвечающие современным требованиям, а именно:

2.1. Процесс выделения неслюдяных минералов из исходного сырья эффективно происходит в зигзагообразных сепараторах ЗЙГ-ЗАГ и СПЗ-750 при производительности по исходному питанию соответственно 500 кг/ч и 850 кг/ч. Сепаратор СПЗ-750 позволяет снизить содержание неслюдяных минералов в молотой слюде с 8,48% до 4−1,39 $ при извлечении слюды в концентрат 99,6−97,8 $, а сепаратор ЗИГ-ЗАГ при переработке сырья с содержанием 4,0% неслюдяных минералов — до 0,15% при извлечении 93,1%.

2.2. Разработана конструкция роторно-быстроходной мельницы типа РБМ для тонкого измельчения слюды, испытаниями которой установлено:

— измельчение слюды в мельнице этого типа осуществляется с меньшими энергозатратами, чем в противоточной струйной и шаровой мельницах, а также в молотковой дробилке, применяемых в существующих технологических процессах. Так, удельные энергозатраты при измельчении слюды до крупности -315 мкм составляют для мельниц: РБМ-430 — 47,3 кВт. ч/тшаровой — 670−700 кВт. ч/тструйной — 700 кВт. ч/тмолотковой дробилке — 350 кВт. ч/т;

— увеличение радиального зазора между ротором и статором с 2,0 мм до 11,0 мм приводит к увеличению содержания класса +315 мкм в продуктах измельчения с 1,0 до 12,0% и к снижению содержания класса -50 мкм с 38,0 до 18,0%. Оптимальная величина радиального зазора при измельчении слюды составляет 2−5 мм;

— частота вращения ротора и расход транспортирующего воздуха через мельницу оказывают влияние на гранулометрическую характернотику измельченного материалатак содержание класса — 315 мкм в продуктах измельчения снижается с 72 до 51% при увеличении расхода воздуха через мельницу с 700 до Х200 м3/ч и повышается с 37 до 52% при увеличении частоты вращения ротора с 3000 до 6000 об/мин.

Установленные зависимости дают возможность выбрать режим работы мельницы в зависимости от требований к готовому продукту;

— межремонтный период рабочих органов мельницы составляет для статора, футерованного керамическим сплавом С-2, соответствует производству 110,0 т молотой слюды, а для ротора, футерованного пластинами сплава ВК-8 — 32,0 т слюды.

2.3. Сравнительными испытаниями различных типов классифицирующего оборудования установлена целесообразность применения ситового рассева типа ЗРШ-4М для классификации слюды. Эффективность классификации в рассеве при выделении слюды крупностью — 315 мкм составляет 80,0% при производительности 600 кг/ч, а по классу — 160 мкм при производительности 300 кг/ч — 50%.

2.4. Разработана воздухоструйная мельница с плоской помольной камерой МВВ-500 для производства высокодисперсных слюд с удельной поверхностью 25 000−35 000 см2/г.

3. Разработан новый технологический процесс производства высококачественных молотых слюд. Производительность технологической линии по слюде для сварочных электродов составляет 800 кг/ч, для органосиликатных материалов — 300 кг/ч, для электронной промышленности и слюды крупностью — 125 мкм.

— 52 кг/ч, для электроизоляционных компаундов — 18 кг/ч.

4. Разработана математическая модель движения измельчаемого материала в помольной камере мельницы типа РБМ, на основании которой:

— предложена методика расчета мощности, потребляемой мельницей этого типа, учитывающая гранулометрическую характеристику измельчаемого материала и конструктивные параметры мельницы. Относительная ошибка в определении мощности по разработанной методике не превышает 6%;

— выведены условия подобия работы роторно-быстроходных мельниц. Технологическими испытаниями мельницы РБМ-750, спроектированной с учетом выведенных зависимостей подобия работы мельниц этого типа, при измельчении слюды и талька установлена адекватность модели (РБМ-430) и моделируемой мельницы, что указывает на правильность выбора условий подобия работы роторно-быстроходных мельниц и разработанной физической модели движения измельчаемой частицы в помольной камере мельницы.

5. Экономический эффект от внедрения разработанной технологии на Балашовском слюдяном комбинате составляет 459 тыс. руб. в год, а от внедрения этой технологии на семенном заводе им. С. М. Кирова — 616,8 тыс. руб. в год.

Составляющая скорости V^ однозначно определяется решением уравнения, являющегося проекцией векторного уравнения (3.4) на ось 0У, решение которого может быть записано в виде (3.7−3.9), и, следовательно, ранее полученные выводы позволяют сделать заключение о том, что. м.

3.38).

Из условий (3.36), (3.38) и равенства lUoh IVo си. к 1 иЛ — ' следует.

Uox^ г Uox". (3.39).

Из условия (3.39) можно найти соотношение между угловыми скоростями вращения роторов и радиусов бил модели и моделируемой мельницы.

Лу1^П, ~ Ъ-гп, (3.40).

Величина У ох является функцией места соударения частицы с поверхностью била и физических свойств материала, которая однозначно определяется решением уравнения (3.1).

При движении измельчаемого материала в помольной камере*мельницы каждая частица материала испытывает определенное количество соударений с поверхностью била, согласно вышеприведенной теории/ Очевидно, что при каждом соударении частице передается энергия, величина которой пропорциональна квадрату скорости.

Wi — лУг и если во время нахождения частица в мельнице испытывает (у соударений, то частицз будет передано количество энергии.

W = Wi — V vfy, ?

Общее количество энергии, сообщаемое частице материала в модели и в моделируемой мельнице, должно совпадать, согласно предположению о том, что в рассматриваемых аппаратах происходит одинаковое сокращение материала при одном и том же исходном продукте. Поэтому.

2 2 Л/Ж ~ И/л или М Vm су^ z М Ki f-vi ,.

Из условия (3.34) следует, что энергии, сообщаемые частице материала при единичном соударении с билом в сравниваемых машинах, эквивалентны и следовательно.

— у* или согласно формуле (3.126) А получаем равенство.

Л* = (3*41) физический смысл которого заключается в равенстве длин помольных камер модели и моделируемой мельницы.

Технологические испытания по измельчению слюды в мельнице РШ-430 при различных длинах помольной камеры показали (рис. 2.6), что время нахождения материала в мельнице существенно влияет на степень сокращения измельчаемого продукта. Интенсивность помола возрастает в 2 раза при увеличении длины помольной камеры в 2 раза. Так, например, в этом случае содержание класса — 63 мкм в измельченном продукте увеличивается с 19,5% до 40%.

Вихревые нити, образующиеся за задними кромками быстровращаю-щихся бил, способствуют измельчению материала и переносу его в пространство между билами. Время существования вихревых нитей зависит от количества бил на роторе и линейной скорости движения. Так, например, в мельнице РШ-430 при линейной скорости движения ротора 128 м/с и установке 4, 8 и 16 бил на роторе время существоq валия вихревых нитей соответственно равно 2,5 • 10 с, 25 • 10 с и 6,25 • 10″ ^ с [99]. При линейной скорости движения роторов, эквивалентных для модели и моделируемой мельницы, из условия равенства времен существования вихревых нитей в них следует зависимость между количеством бил на роторе и радиусом бил для рассматриваемых мельниц: г&bdquo- = J*. (з.42).

Конструкция статора роторно-быстроходной мельницы представляет собой (рис. 3.1) ступенеобразную форму. Следовательно, величина кинетических энергий при единичном соударении частичек материала с поверхностью статора будет зависеть от места их встречи.

При встрече измельчаемой частицы с торцом футеровочной пластины величина кинетической энергии соударения будет больше, чем при соударении ее с телом статора (точка В, рис. 3.4), что следует из рис. 3.5. Очевидно, что степень сокращения материала зависит от величины отношения площади кольца, вписанного в статор мельницы, к площади всех торцов футеровочных пластин, то есть: г + Ю гп If к.

Технологическими испытаниями мельницы РШ-430 при измельчении слюды установлено, что содержание различных классов крупности в измельченных продуктах уменьшается с увеличением величины (рис. 3.6). Предельное значение Mj = I соответствует гладкому статору, поверхность которого удалена от торца бил на величину Б. При такой конструкции статора мельница работает нестабильно, так как происходит заклинивание ротора мельницы материалом, накапливающимся между торцами бил и поверхностью статора. Это происходит вследствие неравномерной подачи измельчаемого материала в мельницу" При значении Я*0 на рис. 3.6 условно показано содержание различных классов крупности в исходном материале. Для сохранения условия подобия измельчения материала в модели и моделируемой мельнице достаточно выполнить условие :

Мд уп = А/Я .

Из этого равенства выводится формула для определения количества футеровочных пластин в моделируемой мельнице* - гугсьлл + я*) /от* г-V-7Ъ- ' (3*43).

Коэффициент Mjn выбирается на основании специальных исследований или принимается равным значению модели.

Критерием аэродинамического подобия сравниваемых мельниц является число Рейнольдса.

R.

К е. — —р— > где: (c) — характерный размер (рис. 3.1);

V — скорость движения воздушного потока- 9 — кинематическая вязкость среды. Из равенства чисел Рейнольдса следует функциональная зависимость между скоростями транспортирующего воздуха в помольных камерах мельниц — модели и моделируемой^ мельницы.

Зависимость содержания различных' классов крупности в продуктах измельчения мельницы РБМ-430. от величины Kj fa площадь кольца, вписанного в статор мельницы площадь торцов всех футеровочных пластин 1.

VMn = Vh m.

Dn, Р" m.

Предполагая, что температура окружающей среды при работе сравниваемых мельниц будет одинаковой, получаем зависимость.

— (3.44).

Используя уравнение (3.44), получим выражение для определения расхода транспортирующего воздуха через помольную камеру моделируемой мельницы, конструкция которой изображена на рис. 3.1:

Qn = Цъ Rm — (3.45) где: п, а *.

Rl = * + Ъ+hif- - he.

— ^ C^iAfi) npw L-m, n,.

Из выполнения одного из условий подобия (равенства концентраций материала в помольных камерах модели и моделируемой мельницы J выводится формула для определения производительности моделируемой мельницы: /). ^.

О D д /?" п ~Рг* * (зле) где: В — производительность по исходному питанию.

Из вышеизложенного следует, что основными соотношениями, связывающими конструктивные и технологические параметры модели и моделируемой мельницы, являются следующие формулы: (3.35), (3.36), (3.40), (3.41), (3.42), (3.43), (3.45) и (3.46).

На основании использования этих условий в институте’Гипро-нинвметаллоруд" была спроектирована мельница РБМ-750 1 [l23j для измельчения слюды и талька. В качестве модели использовалась мельни-ница РШ-430. Результаты технологических испытаний мельницы РБМ-750 при измельчении слюды и талька, а также ее конструктивные и технологические показатели приведены в табл. 3.6. Анализ результатов технологических испытаний показал хорошую сходимость гранулометрических характеристик измельченных материалов в мельницах РЕМ-430 и РШ-750 и тем самым подтвердил адекватность модели и моделируемой мельницы, правильность выбора условий подобия работы роторно-быстроходных мельниц и разработанной физической модели движения измельчаемой частицы в помольной камере мельниц этого типа.